CN106522083B - 一种抗风球型支座 - Google Patents

Abstract

一种抗风球型支座，包括凸球面钢衬板和凹球面钢衬板，中间垫板、凸球面钢衬板和凹球面钢衬板依次安装在支座底板的盆腔内，凸球面钢衬板的平面侧与中间垫板滑动配合，凸球面与凹球面钢衬板的凸球面滑动配合，凹球面钢衬板的平面侧与支座顶板滑动配合，凸球面钢衬板和凹球面钢衬板构成支座的转动机构，实现支座的桥横向承载和转动功能；中间垫板与支座底板之间留有间隙，间隙内设置蝶形弹簧，从而构成支座的弹性支承机构。该支座能够向各个方向自由灵活转动，不仅对横桥向的风力或地震力作用在桥梁上产生的晃动起到缓冲作用，同时还保证梁体在竖向及纵桥向的正常滑动和梁体的转动，可实现梁体大承载力及大转角转动的需求，支座耐久性好，使用寿命长。

Description

一种抗风球型支座

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，是一种桥梁支座产品，具体涉及一种应用于悬索桥和斜拉桥的抗风球型支座。

背景技术

由于大跨度桥梁的结构形式，横向的外荷载远大于纵向的外荷载，因此横向抗风抗震尤其显得重要，特别是梁体通常处于漂浮及半漂浮状态的斜拉桥和悬索桥，不仅需要提高梁体本身的横向抗震抗风能力，同时还要求能够满足梁体的横桥向位移、纵桥向位移和竖桥向位移，以及各向转角的需求，以确保桥梁的安全和健康运营。

目前，斜拉桥及悬索桥的横向抗震抗风设计主要是在塔体内侧面与梁体外侧面之间竖向安装有抗风支座，该抗风支座分别与塔身及梁体锚固连接；现在的抗风支座主要有抗风盆式支座和抗风球型支座两类，两类抗风支座存在如下不足：

(一) 抗风盆式支座

1．抗风盆式支座的转动主要由橡胶块压缩变形来实现，支座的转动角度小，无法实现大转角的设计要求；

2．由于橡胶块承压性能的限制，大直径橡胶块生产成型困难，抗风盆式支座无法设计大承载力支座；

3．另外在低温时橡胶块容易老化变硬等对影响承载和支座转动性能；

（二）抗风球型支座

1．现有的抗风球型支座与普通多向活动球型支座结构类似，为了防止支座竖直放置时中座板滑出脱落，需将中座板结构设计成接近半球形，使中座板凸球面放入座板的球缺时，中座板质量重心位于球缺内部，并采用连接螺栓从支座外侧将中座板与有球缺的座板拉紧，由于支座外侧连接螺栓与中座板的球面不是同心球面，支座难以实现转动，影响桥梁的健康运营；

2．现有的另一种抗风球型支座，如申请号为201410477901.X的发明专利申请，为了防止支座竖直放置时球冠钢衬板滑出脱落，采用中心穿杆结构，即在支座底板及球冠钢衬板中心开有通孔，采用连杆穿过支座底板及球冠钢衬板的中心孔将两个部件连接成一体；存在问题是：

（1）当支座转角较大时，为了满足转角需求，球冠钢衬板的中心通孔较大，使得球冠钢衬板的承压面积变小，支座难以实现大承载力的要求，因此难以同时满足大转角及大承载力的需要；

（2）由于桥梁车载的不断振动，使支座中心连杆不断处于拉压振动状态，因此支座的中心连杆容易出现拉压振动疲劳，从而导致支座承载失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、抗风效果好的抗风球型支座，以克服已有抗风球型支座所存在的上述不足。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种抗风球型支座，包括支座顶板、支座底板、中间垫板和衬板，所述衬板为球面钢衬板，包括凸球面钢衬板和凹球面钢衬板，所述中间垫板、凸球面钢衬板和凹球面钢衬板依次安装在支座底板的盆腔内，所述凸球面钢衬板一侧为与中间垫板滑动配合的平面侧，另一侧为凸球面；所述凹球面钢衬板一侧为与支座顶板滑动配合的平面侧，另一侧为与凸球面钢衬板之凸球面滑动配合的凹球面，凸球面钢衬板和凹球面钢衬板构成支座的转动机构，实现支座的桥横向承载和转动功能；

所述中间垫板与支座底板之间留有使之具有相对移动空间的间隙，间隙内设置蝶形弹簧，从而构成支座的弹性支承机构、并将中间垫板、凸球面钢衬板和凹球面钢衬板与支座顶板压紧；

所述凸球面钢衬板（7）边缘与支座底板（2）盆腔周边盆沿之间留有空隙；

所述凹球面钢衬板凹球面一侧的外缘设置有低于支座底板盆腔周边盆沿的凸缘（91），所述盆沿上设有用于防止凹球面钢衬板脱出的限位圈（11），限位圈通过调节螺栓（12）与支座底板盆沿端面固定连接，限位圈内边扣在凸缘（91）上从而使凹球面钢衬板受到限位不能从盆腔滑脱。

其进一步的技术方案是：

所述凸球面钢衬板平面侧的平面凹槽内镶嵌设置平面耐磨滑板Ⅰ，相对的中间垫板面上焊接不锈钢滑板Ⅰ，平面耐磨滑板Ⅰ与不锈钢滑板Ⅰ构成凸球面钢衬板与中间垫板之间的平面滑动摩擦副Ⅰ；

所述凹球面钢衬板平面侧平面凹槽内镶嵌设置平面耐磨滑板Ⅱ，相对的支座顶板内侧面上焊接不锈钢滑板Ⅱ，平面耐磨滑板Ⅱ与不锈钢滑板Ⅱ构成凹球面钢衬板与支座顶板之间的平面滑动摩擦副Ⅱ；

所述凹球面钢衬板的凹球面内镶嵌设置凹球面耐磨滑板，凸球面钢衬板的凸球面上包覆不锈钢球面板或电镀硬铬层，凹球面耐磨滑板与不锈钢球面板或电镀硬铬层构成凹球面钢衬板与凸球面钢衬板之间的球面滑动摩擦副。

更进一步：

所述平面耐磨滑板Ⅰ、平面耐磨滑板Ⅱ和凹球面耐磨滑板为聚四氟乙烯滑板或为改性聚四氟乙烯滑板或为超高分子量聚乙烯耐磨滑板，其镶嵌设置方式或通过不可溶的、热固性的粘结剂粘结、或采用螺钉或锚接方式紧固。

更进一步：

所述蝶形弹簧设置的数量为N个，所述支座底板盆腔底部开有N个对应的、用于镶嵌蝶形弹簧的凹槽Ⅰ；N的取值为1～20之间的任意整数。

所述支座顶板外围设置有用于防止泥沙或杂物进入支座底板盆腔的不锈钢围板，该不锈钢围板通过紧固螺栓固定在支座顶板外沿。

由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明之一种抗风球型支座具有以下有益效果：

1.本发明之一种抗风球型支座的衬板为球面钢衬板，包括凸球面钢衬板和凹球面钢衬板，中间垫板、凸球面钢衬板和凹球面钢衬板依次安装在支座底板的盆腔内，凸球面钢衬板与中间垫板之间设置平面滑动摩擦副Ⅰ，凹球面钢衬板与支座顶板之间设置平面滑动摩擦副Ⅱ，凸球面与凹球面为同心球面，凸球面与凹球面之间设置有球面滑动摩擦副，因此支座能够向各个方向自由灵活转动，可实现梁体大承载力及大转角转动的需求，而且不存在橡胶老化问题，支座的耐久性好、使用寿命长；

2．该一种抗风球型支座的平面滑动摩擦副Ⅰ、平面滑动摩擦副Ⅱ以及球面滑动摩擦副之平面耐磨滑板Ⅰ、平面耐磨滑板Ⅱ和凹球面耐磨滑板的材料为聚四氟乙烯滑板或为改性聚四氟乙烯滑板或为超高分子量聚乙烯耐磨滑板，其镶嵌设置方式或通过不可溶的、热固性的粘结剂粘结、或采用螺钉或锚接方式镶嵌在凹球面钢衬板或凸球面钢衬板平面侧的凹槽或凹球面内，镶嵌连接牢固性可靠，即使支座竖向安装时，粘接失效后耐磨滑板也不会掉落；

3. 该一种抗风球型支座的凹球面钢衬板凹球面一侧的外缘设置有低于支座底板盆腔周边盆沿的凸缘，支座底板盆腔的盆沿上设有用于防止凹球面钢衬板脱出的限位圈，限位圈通过调节螺栓与支座底板盆沿端面固定连接，限位圈内侧扣在凸缘上从而使凹球面钢衬板受到限位不能从盆腔滑脱；

4.本发明之抗风球型支座在支座顶板外围设置有不锈钢围板，支座安装后，可防止上部结构的泥沙或杂物进入到滑动摩擦副之间，确保支座的滑动性能不受影响；

5. 本发明之抗风球型支座结构紧凑，设计合理，不仅对横桥向的风力或地震力作用在桥梁上产生的晃动起到缓冲作用，同时还保证梁体在竖向及纵桥向的正常滑动和梁体的转动。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种抗风球型支座的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1为本发明之一种抗风球型支座结构示意图（半剖视）；

图2为图1之A部放大图；

图3为图1之B部放大图；

图4～图7为碟形弹簧布置示意图：

图4为1个碟形弹簧，图5为3个碟形弹簧，图6为4个碟形弹簧，图7为5个碟形弹簧；

图8为已有技术之抗风球型支座结构示意图（半剖视）；

图1～图7中：

1—支座顶板，2—支座底板，21—凹槽Ⅰ，3—间隙，4—碟形弹簧，5—中间垫板，6—平面滑动摩擦副Ⅰ，7—凸球面钢衬板，8—球面滑动摩擦副，9—凹球面钢衬板，91—凸缘，10—平面滑动摩擦副Ⅱ，11—限位圈，12—调节螺栓，13—不锈钢围板；

图8中：

801—座板Ⅰ，802—平面不锈钢板，803—平面滑板，804—座板Ⅱ，805—弹簧，806—座板Ⅲ，807—座板Ⅳ，808—防脱螺栓，809—蝶形不锈钢板，810—蝶形滑板，811—连接螺栓，812—连接螺母，813—球面不锈钢板，814—球面滑板，815—座板Ⅴ。

具体实施方式

实施例一

一种抗风球型支座，包括支座顶板1、支座底板2、中间垫板5和衬板，所述衬板为球面钢衬板，包括凸球面钢衬板7和凹球面钢衬板9，所述中间垫板5、凸球面钢衬板7和凹球面钢衬板9依次安装在支座底板2的盆腔内，所述凸球面钢衬板一侧为与中间垫板5滑动配合的平面侧，另一侧为凸球面；所述凹球面钢衬板一侧为与支座顶板滑动配合的平面侧，另一侧为与凸球面钢衬板之凸球面滑动配合的凹球面，凸球面钢衬板7和凹球面钢衬板构成支座的转动机构，实现支座的桥横向承载和转动功能；

所述中间垫板与支座底板之间留有使之具有相对移动空间的间隙3，间隙内设置蝶形弹簧，从而构成支座的弹性支承机构、并将中间垫板5、凸球面钢衬板7和凹球面钢衬板9与支座顶板1压紧。

所述凸球面钢衬板（7）边缘与支座底板（2）盆腔周边盆沿之间留有空隙；

所述凹球面钢衬板凹球面一侧的外缘设置有低于支座底板盆腔周边盆沿的凸缘（91），所述盆沿上设有用于防止凹球面钢衬板脱出的限位圈（11），限位圈通过调节螺栓（12）与支座底板盆沿端面固定连接，限位圈内边扣在凸缘（91）上从而使凹球面钢衬板受到限位不能从盆腔滑脱。

所述凸球面钢衬板平面侧的平面凹槽内镶嵌设置平面耐磨滑板Ⅰ，相对的中间垫板面上焊接不锈钢滑板Ⅰ，平面耐磨滑板Ⅰ与不锈钢滑板Ⅰ构成凸球面钢衬板与中间垫板之间的平面滑动摩擦副Ⅰ6；

所述凹球面钢衬板平面侧平面凹槽内镶嵌设置平面耐磨滑板Ⅱ，相对的支座顶板内侧面上焊接不锈钢滑板Ⅱ，平面耐磨滑板Ⅱ与不锈钢滑板Ⅱ构成凹球面钢衬板与支座顶板之间的平面滑动摩擦副Ⅱ10；

所述凹球面钢衬板的凹球面内镶嵌设置凹球面耐磨滑板，凸球面钢衬板的凸球面上包覆不锈钢球面板或电镀硬铬层，凹球面耐磨滑板与不锈钢球面板或电镀硬铬层构成凹球面钢衬板与凸球面钢衬板之间的球面滑动摩擦副8。

所述平面耐磨滑板Ⅰ、平面耐磨滑板Ⅱ和凹球面耐磨滑板为聚四氟乙烯滑板或为改性聚四氟乙烯滑板或为超高分子量聚乙烯耐磨滑板，其镶嵌设置方式或通过不可溶的、热固性的粘结剂粘结、或采用螺钉或锚接方式紧固。

所述支座顶板外围设置有用于防止泥沙或杂物进入支座底板盆腔的不锈钢围板13，该不锈钢围板通过紧固螺栓固定在支座顶板外沿。

所述蝶形弹簧设置的数量为1个，所述支座底板盆腔底部开有1个对应的、用于镶嵌蝶形弹簧的凹槽Ⅰ21（参见附图4）。

实施例二

一种抗风球型支座，其结构与实施例一基本相同，所不同的是，所述蝶形弹簧设置的数量为3个，所述支座底板盆腔底部开有3个对应的、用于镶嵌蝶形弹簧的凹槽Ⅰ21（参见附图5）。

实施例三

一种抗风球型支座，其结构与实施例一基本相同，所不同的是，所述蝶形弹簧设置的数量为4个，所述支座底板盆腔底部开有4个对应的、用于镶嵌蝶形弹簧的凹槽Ⅰ21（参见附图6）。

实施例四

一种抗风球型支座，其结构与实施例一基本相同，所不同的是，所述蝶形弹簧设置的数量为5个，所述支座底板盆腔底部开有5个对应的、用于镶嵌蝶形弹簧的凹槽Ⅰ21（参见附图7）。

工作原理：

1．支座转向系统：支座顶板1 与凹球面钢衬板9 间设置有平面滑动摩擦副Ⅱ10，凹球面钢衬板9凹球面与凸球面钢衬板7的凸球面之间设置有球面滑动摩擦副，凸球面钢衬板7另一平面与中间垫板5之间设置有平面滑动摩擦副Ⅰ6，从而构成支座的转向系统；

支座组装后，凹球面钢衬板9凹球面处与凸球面钢衬板7的凸球面处之间设置的球面滑动摩擦副8，凸球面和凹球面为同心球面，支座能够向各个方向自由转动，同时，当凹球面钢衬板9与凸球面钢衬板7之间的球面滑动摩擦副8产生球面转动滑移时，平面滑动摩擦副6可允许凸球面钢衬板7与中间垫板5产生平面滑移，使支座转动更加灵活，同时能够实现支座大转角的转动。座顶板1 和凹球面钢衬板9 间设置d平面滑动摩擦副10，可保证梁体结构在竖向和顺桥向上正常滑移。

2．支座弹性支撑系统：中间垫板5与支座底板2之间设置有水平间隙3，并在该水平间隙3处设置碟形弹簧4，支座底板2盆腔底部设置有可镶嵌碟形弹簧4相匹配的凹槽，既能将中间垫板5、凸球面钢衬板7和凹球面钢衬板9压紧，又能留有其横向相对移动的空间；

碟形弹簧4设置在中间垫板5与支座底板2之间的水平隙间3内，能够长期提供压紧力，使用寿命长，在其有效行程内，能够支撑支座内部零件并压紧；使得实现两对平面摩擦副及球面摩擦副的承压面始终接触紧密和支座的横桥向承载功能，保证载荷传递平稳均匀。当支座受力小于碟形弹簧4的弹性阻尼力时，碟形弹簧4利用其本身所特有弹性阻尼力来缓冲风力或地震力所产生的梁体水平间隙内晃动，当支座达到设计荷载时，蝶形弹簧4被压缩进到支座底板2凹槽内后支座将具备球型支座承载力大性能，保证桥梁上部结构产生的横向水平载荷能够均匀传递，通过他们本身弹性阻尼效应吸收冲击动能，使支座受力平衡；当压力消除后，支座将通过碟形弹簧4压缩产生的势能恢复到原位。

3．防止凹球面钢衬板滑脱机构：凹球面钢衬板9凹球面底部外沿设置有与支座底板2盆腔内壁相匹配的凸缘，支座底板2盆沿上套有限位压圈11，限位压圈通过调节螺栓12与支座底板2盆沿端面上的螺纹孔固定连接，限位压圈的内侧卡口扣在凹球面钢衬板9的凸缘上，支座顶板1外围设置有不锈钢围板13，不锈钢围板13通过螺栓或铆钉固定在支座顶板1外沿。

4.支座顶板外围设置有用于防止泥沙或杂物进入支座底板盆腔的不锈钢围板13，该不锈钢围板通过紧固螺栓固定在支座顶板外沿。

使用时，支座顶板和支座底板与箱梁或塔体之间的连接采用预埋套筒螺栓连接或螺栓螺母连接或现场焊接连接。

Claims (5)

1.一种抗风球型支座，包括支座顶板（1）、支座底板（2）、中间垫板（5）和衬板，所述衬板为球面钢衬板，包括凸球面钢衬板（7）和凹球面钢衬板（9），所述中间垫板（5）、凸球面钢衬板（7）和凹球面钢衬板（9）依次安装在支座底板（2）的盆腔内，所述凸球面钢衬板一侧为与中间垫板（5）滑动配合的平面侧，另一侧为凸球面；所述凹球面钢衬板一侧为与支座顶板滑动配合的平面侧，另一侧为与凸球面钢衬板之凸球面滑动配合的凹球面，凸球面钢衬板（7）和凹球面钢衬板构成支座的转动机构，实现支座的桥横向承载和转动功能；其特征在于：

所述中间垫板与支座底板之间留有使之具有相对移动空间的间隙（3），间隙内设置蝶形弹簧，从而构成支座的弹性支承机构、并将中间垫板（5）、凸球面钢衬板（7）和凹球面钢衬板（9）与支座顶板（1）压紧；

所述凸球面钢衬板（7）边缘与支座底板（2）盆腔周边盆沿之间留有空隙；

所述凹球面钢衬板凹球面一侧的外缘设置有低于支座底板盆腔周边盆沿的凸缘（91），所述盆沿上设有用于防止凹球面钢衬板脱出的限位圈（11），限位圈通过调节螺栓（12）与支座底板盆沿端面固定连接，限位圈内边扣在凸缘（91）上从而使凹球面钢衬板受到限位不能从盆腔滑脱。

2.根据权利要求1所述的一种抗风球型支座，其特征在于：所述凸球面钢衬板平面侧的平面凹槽内镶嵌设置平面耐磨滑板Ⅰ，相对的中间垫板面上焊接不锈钢滑板Ⅰ，平面耐磨滑板Ⅰ与不锈钢滑板Ⅰ构成凸球面钢衬板与中间垫板之间的平面滑动摩擦副Ⅰ（6）；

所述凹球面钢衬板平面侧平面凹槽内镶嵌设置平面耐磨滑板Ⅱ，相对的支座顶板内侧面上焊接不锈钢滑板Ⅱ，平面耐磨滑板Ⅱ与不锈钢滑板Ⅱ构成凹球面钢衬板与支座顶板之间的平面滑动摩擦副Ⅱ（10）；

所述凹球面钢衬板的凹球面内镶嵌设置凹球面耐磨滑板，凸球面钢衬板的凸球面上包覆不锈钢球面板或电镀硬铬层，凹球面耐磨滑板与不锈钢球面板或电镀硬铬层构成凹球面钢衬板与凸球面钢衬板之间的球面滑动摩擦副（8）。

3.根据权利要求2所述的一种抗风球型支座，其特征在于：所述平面耐磨滑板Ⅰ、平面耐磨滑板Ⅱ和凹球面耐磨滑板为聚四氟乙烯滑板或为改性聚四氟乙烯滑板或为超高分子量聚乙烯耐磨滑板，其镶嵌设置方式或通过不可溶的、热固性的粘结剂粘结、或采用螺钉或锚接方式紧固。

4.根据权利要求3所述的一种抗风球型支座，其特征在于：所述蝶形弹簧设置的数量为N个，所述支座底板盆腔底部开有N个对应的、用于镶嵌蝶形弹簧的凹槽Ⅰ（21）；N的取值为1～20之间的任意整数。

5.根据权利要求4所述的一种抗风球型支座，其特征在于：所述支座顶板外围设置有用于防止泥沙或杂物进入支座底板盆腔的不锈钢围板（13），该不锈钢围板通过紧固螺栓固定在支座顶板外沿。